ICAI智能计算机辅助教育发展趋势的研究

彭德林 黑龙江司法警官职业学院

ICAI智能计算机辅助教育发展趋势的研究

彭德林 黑龙江司法警官职业学院

随着人工智能技术的引入，计算机辅助教学（CAI）发展成为智能计算机辅助教学（ICAI）。ICAI不但克服了传统CAI的弱点，而且大大地提高和改善了教学效果和教学质量。本文首先对智能计算机辅助教学系统的特性和功能进行了析和研究，并在此基础研究探讨了ICAI的发展趋势。

计算机辅助教学；人工智能；ICAI；智能计算机辅助教学

引言

计算机辅助教学（Computer Assisted Instruction，简称CAI）是利用计算机模拟教师的行为，通过学生和计算机之间的交互活动来达到教学目的。自第一个CAI系统由IBM公司研制出开始（1958年），就得到了各国的重视，逐步形成了CAI产业。然而，由于传统的CAI系统难以对不同水平和能力的学生采用相应的教学策略和合适的教学方式，略显美中不足。

随着计算机科学和人工智能（Artificial Intelligence，简称AI）技术的不断发展和成熟，有人开始将AI引入CAI中，使CAI系统可以智能地理解教学内容、教学对象以及教学方法，因而也就能够合理安排教学内容、改变教学方法以满足个别教学的需要，这就是以AI技术和认知理论为基础而形成的智能计算机辅助教学（Intelligent Computer Assisted Instruction，简称ICAI）系统。它是计算机应用技术的一个新领域，代表了一种新的教学思想和教学方式，提高和改善了教学质量和效率，完全弥补了传统CAI系统的不足。

一、ICAI的功能特性

智能计算机辅助教学（intelligent computer assistedinstruction,简称ICAI）是以认知科学和思维科学为理论基础，综合人工智能技术、教育心理学等多门学科的知识对学生实施有效的教育的一门新的教育技术。它将教学内容与教学策略分开，根据学生认知模型提供的信息，通过智能系统的搜索与推理，动态生成适合于个别化教学的内容与策略；通过智能诊断机制判断学生的学习水平，分析学生产生错误的原因，同时向学生提出更改建议以及进一步学习内容的建议；通过对全体学生出现的错误进行分布统计，智能诊断机制将向教师提供教学重点、方式、测试重点、题型的建议；为教师提供友好的教学内容、测试内容维护界面,无需改变软件的结构即可调整教学策略；通过对学生认知模型、教学内容、测试结果的智能分析，向教学督导人员提供对任课教师教学业绩评价的参考意见。可以说，一个理想、完美的ICAI系统就是一个完善、智能的“教、学、做、考”一体化教学系统。

由于ICAI系统采用了先进的设计理念，结合人工智能科学、超文本和多媒体技术，通过计算机将文本、图像、声音、动画等各种媒体信息结合起来。因此，ICAI系统用于教学有如下显著特点。

1.有利于激发学生的学习兴趣和认知主体作用的发挥。提高学生的学习兴趣,引导学生进入一个主动的、高效率的学习环境中。

2.特别有利于个别化教育, 因材施教。教学研究表明，个别化教学远比集体教学有效。

3.有利于知识的获取与保持。有助于推广优秀教师的科学教学方法和渊博的科学知识。其复制和传播不受时间和空间上的限制,

4.可实现对教学信息最有效的组织与管理。

5.可作为认知工具实现最理想的学习环境。

虽然ICAI的研究取得了一定的进展，但是目前比较成熟的ICAI教学系统是作为专家系统的一部分来研制的，真正为教学而设计的ICAI系统还不多。不难看出，ICAI与传统的CAI相比，更加符合教育教学的规律、学生的认知习惯，具有明显的优越性。

二、ICAI的发展趋势

完善的 ICAI 系统能够充分调动学生的主动性，并能通过分析推理，对个体学生做出适合的教学决策，实现个别化教学，达到因材施教的目的。在实际设计时，由于需要考虑的因素较多，系统比较庞大，同时也依赖于人工智能等技术的发展，因而要建立完善的 ICAI 还是比较困难的，这也正是未来计算机辅助教学的努力目标，可以预计未来的计算机辅助教学研究，将朝着集成化、协调化、超媒体网络化和智能化于一体的方向发展。ICAI在发展中不是孤立，它是伴随着人工智能在诸多领域的应用及多种科学技术的不断发展而发展的，表现为以下几方面的发展趋势。

1.ICAI发展的网络技术化

网络化是当今世界ICAI系统的一大优势和特色。“无机不联”正是现代高等教育计算机使用情况的真实写照。随着多媒体技术和Internet网络的飞速发展，多媒体教育技术与Internet的进一步融合，ICAI不仅仅只在人工智能上单一发展，它不可避免地还要向多维的网络空间发展。目前，基于Internet网的ICAI系统正在蓬勃发展，它借助网络的优势，完成在线学习、实时讨论、网上测试等多种教学任务。网络化智能教学系统能使任何人在任何地点、任何时间都可以学习所需要的内容，并能为学习者建构知识提供丰富的信息，满足学习者的个性化要求，为协同性学习创造了更大的可能，为交互性学习提供更强有力的支持，并能够有效地实施个性化教学，从而提高教学效率。

由于有了计算机互联网，计算机信息的共享和利用率大大提高。学生、教师和其他研究人员在教学科研中可通过网络获取、交流更多的信息获得更完善的服务。通过网络，不同地区、不同学校学生和教师可以进行教学交流或者跨地区、跨学校教学。时至今日，ICAI系统的开发离不开发展迅猛的网络技术。

2.ICAI发展的智能代理(Intelligent Agent)化

在计算机领域，Agent指分布式系统或协作系统中能持续自主发挥作用的计算实体，它具有自主性、交互性、反应性和主动性特征。Agent技术是计算机学科在人工智能领域中发展很快的一项新技术。它是能够自主连续地在一个可动态变化的、存在其他Agent的环境中运行的，并可以与环境进行交互的实体。Agent的概念出现于20世纪70年代的人工智能中，80年代后期开始成长起来，Agent 主要有以下几个特征：(1)Agent可以在没有人或其他 Agent直接干预的情况下进行，而且对自己的行为和内部状态有某种控制能力；(2)Agent和其他Agent通过某种Agent交流语言进行交互；(3)Agent观察其环境，并在一定时间内做出反应，以改变该环境；(4)Agent不仅能够简单地对环境做出反应，而且能够通过接受某些启示信息，体现出面向目标的行为。

在ICAI中，学生学习查询有效知识可以使用Agent进行搜索、导引，由于它自具备的学习功能，能够主动、高效地从Internet信息空间中发现和收集用户所需要的信息。因此它有助于解决使用单一关键字匹配查询、搜索引擎引起的大量无关信息的涌现、信息检索的精确度不高等问题。将“智能代理”技术引入到ICAI中，将使得教师和学生在教与学的过程中，提高知识选取效率、加强交互学习和自主能动性学习。

3.ICAI发展的远程教学化

计算机网络、智能CAI以及多Agent协作，使ICAI系统可以实现真正意义上的远程教学。计算机网络技术为远程教学的实现提供了可能，智能CAI又使得教与学是互动的、非盲目的、高效的；而Agent与ICAI相比，能在智能化方面发挥更灵活、更多样化的作用。它的多Agent协作特性，不仅可以作为教师代理，为学生学习提供指导，也可以作为学生代理，辅助学生学习，还可以成为学生学习、交流、协作过程中多方面的代理。因此，具有多种特性优势的远程教学ICAI系统具有广阔的发展前景。

4.ICAI发展的虚拟现实化

虚拟现实是由多媒体技术与仿真技术以及计算机技术相结合而生成的一种交互式人工世界。虚拟现实技术可用于ICAI系统中，利用虚拟现实技术模拟虚拟环境，学生可以与虚拟环境中各种信息进行交互，充分发挥了学生学习的主动性、创造性。使用创建的虚拟环境，在一般人所不能亲身体验的情景中，达到演示、操作的教学目的。例如，在体育课教学中，学生可以进入虚拟环境中去，亲身领略NBA冠军队员在篮球场的表演；在物理课上，学生可以在虚拟世界内去发现万有引力的变化，比较地球大气层的磁场与月球磁场的强弱；在建筑设计课上，学生可以在虚拟的建筑中实景化学习等。

目前，ICAI系统已经成为国际上计算机辅助教学研究的主要方向，是一个综合交叉学科。它涉及了计算机、教育两大学科的许多分支领域，包括程序设计、数据，结构、算法分析、软件工程、人工智能等计算机学科以及认知心理学、教学设计等教育学科。此外，随着网络技术的加入，ICAI系统将由个别化的教学系统向智能远程教学系统发展，而虚拟现实技术的出现，则使ICAI系统更加完善。

三、结束语

网络化与智能化是辅助教学发展的两大趋势，也是我国教育信息化的必然趋势。网络环境下智能教学系统的研究是当前和以后相当长时期内的一个重要课题。智能教学系统是一个涉及许多学科的复杂工程。在对这一课题进行研究的过程中，必将深入到对人工智能技术、教育学、认知科学等理论的基础和应用研究。本文的研究对于推动智能教学及相关学科的不断发展和进步具有深刻的理论和实践指导意义。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.04.077

彭德林，黑龙江司法警官职业学院信息技术应用系副教授。